Category: Uncategorized

Noise atau kebisingan yang dihasilkan oleh valve merupakan masalah penting dalam industri, karena dapat menunjukkan kondisi operasional, kebocoran, atau ketidaksempurnaan dalam desain. Dalam artikel ini, kita akan membahas tentang penggunaan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk mensimulasikan dan menganalisis noise yang dihasilkan oleh valve, dengan fokus pada standar industri yang relevan dan implementasinya.

1. Pendahuluan tentang Noise di Valve

Valve digunakan untuk mengatur aliran fluida dalam sistem industri, mulai dari air hingga gas dan cairan kimia. Suara atau noise yang dihasilkan oleh valve bisa berasal dari berbagai sumber, termasuk turbulensi aliran, getaran mekanis, atau efek akustik dari proses aliran fluida yang tidak stabil.

2. Standar Industri yang Relevan

Standar industri seperti American Petroleum Institute (API), American Society of Mechanical Engineers (ASME), dan International Organization for Standardization (ISO) menyediakan pedoman terkait dengan evaluasi dan kontrol terhadap noise di lingkungan industri. Standar ini mencakup batasan noise yang dapat diterima, metode pengukuran, dan strategi mitigasi untuk mengurangi noise yang tidak diinginkan.

3. Metode Simulasi CFD untuk Analisis Noise di Valve

CFD dapat digunakan untuk mensimulasikan aliran fluida di sekitar valve dan memprediksi noise yang dihasilkan. Berikut adalah langkah-langkah umum dalam melakukan simulasi CFD untuk analisis noise di valve:

• Modeling Geometri: Membuat model 3D dari valve beserta sistem aliran fluida yang terkait.
• Pengaturan Simulasi: Menentukan kondisi batas seperti jenis fluida, kecepatan aliran, dan tekanan di inlet dan outlet valve.
• Simulasi Aliran: Menjalankan simulasi untuk memperoleh pola aliran fluida, distribusi tekanan, dan gradien kecepatan di sekitar valve.
• Simulasi Akustik: Memperkirakan noise yang dihasilkan dengan menggunakan model akustik yang terintegrasi dalam CFD untuk mengidentifikasi sumber dan karakteristik frekuensi noise.

Software CFD yang paling umum digunakan untuk analisis aliran fluida di dalam valve atau katup adalah Cradle CFD, karena kemudahanya dalam membentuk mesh pada geometri yang kompleks dan sempit seperti valve, terlebih lagi software ini dilengkapi dengan kapabilitasnya untuk analisis akustik.

Jika anda ingin analisis yang lebih mendalam, software acoustic dan noise yang dedicated seperti Actran dapat digunakan. Simulasi Cradle CFD dan Actran dapat saling dikaitkan untuk mendapatkan simulasi yang lebih realistis.

4. Parameter Kinerja yang Dievaluasi

Dalam analisis CFD terkait noise di valve, beberapa parameter kinerja yang dievaluasi meliputi:

• Level of Noise: Tingkat kebisingan yang dihasilkan oleh valve dalam decibel (dB).
• Spectrum of Noise: Distribusi frekuensi dari noise yang dihasilkan, yang dapat membantu dalam identifikasi sumber-sumber utama dari noise tersebut.
• Saran dan Rekomendasi: Strategi mitigasi yang diusulkan untuk mengurangi noise yang melebihi batasan yang ditetapkan oleh standar industri.

5. Keuntungan Penggunaan CFD dalam Analisis Noise di Valve

Penggunaan CFD dalam analisis noise di valve memberikan beberapa keuntungan signifikan:

• Prediksi Akurat: Kemampuan untuk memprediksi tingkat dan karakteristik noise yang dihasilkan oleh valve dengan detail yang tinggi.
• Optimasi Desain: Memungkinkan untuk mengoptimalkan desain valve untuk mengurangi noise tanpa mengorbankan performa atau efisiensi.
• Pembandingan Alternatif: Memungkinkan perbandingan berbagai skenario desain atau operasional untuk memilih yang paling efektif dalam mengurangi noise.

6. Implementasi dan Studi Kasus

Studi kasus yang menerapkan CFD untuk analisis noise di valve dapat memberikan contoh nyata bagaimana teknologi ini digunakan untuk mengidentifikasi dan mengatasi masalah noise dalam berbagai aplikasi industri. Implementasi hasil analisis CFD dapat membantu perusahaan untuk mematuhi regulasi lingkungan, meningkatkan keamanan kerja, dan meningkatkan efisiensi operasional secara keseluruhan.

Kesimpulan

Dengan menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD), analisis noise di valve dapat dilakukan dengan detail yang tinggi sesuai dengan standar industri yang berlaku. Dengan memahami sumber noise dan mekanisme pembentukannya, kita dapat mengembangkan strategi mitigasi yang efektif untuk meminimalkan dampak negatif dari noise di lingkungan industri. Implementasi teknologi ini tidak hanya meningkatkan kepatuhan terhadap standar, tetapi juga mendukung pengoperasian yang lebih efisien dan aman dari valve dalam berbagai aplikasi industri modern.

Gas production scrubber adalah perangkat yang digunakan dalam industri untuk menghilangkan kontaminan dari gas alam atau gas buang sebelum gas tersebut dilepaskan ke atmosfer atau digunakan dalam proses lebih lanjut. Dalam artikel ini, kita akan membahas penerapan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk mensimulasikan dan menganalisis kinerja gas production scrubber, dengan mematuhi standar industri yang relevan.

1. Pengantar tentang Gas Production Scrubber

Gas production scrubber adalah bagian penting dari proses produksi gas untuk memastikan gas yang dihasilkan memenuhi standar kualitas yang ditetapkan. Scrubber ini biasanya digunakan untuk menghilangkan partikel, uap air, senyawa kimia berbahaya, atau gas-gas beracun dari aliran gas sebelum diolah lebih lanjut atau dilepaskan ke lingkungan.

Source: PCA Air

2. Standar Industri yang Relevan

Standar industri yang berlaku memberikan pedoman tentang desain, pengujian, dan operasi gas production scrubber untuk memastikan keamanan, efisiensi, dan kepatuhan lingkungan. Beberapa standar yang relevan dalam konteks ini termasuk:

• American Petroleum Institute (API): API memiliki berbagai standar terkait pengolahan gas dan pengendalian polusi udara yang dapat mempengaruhi desain dan operasi scrubber.
• Environmental Protection Agency (EPA): EPA di Amerika Serikat dan badan serupa di negara lain memiliki regulasi ketat terkait emisi gas buang dan perlindungan lingkungan yang harus dipatuhi oleh industri.
• International Organization for Standardization (ISO): ISO memiliki standar yang terkait dengan pengendalian polusi udara dan pengolahan gas yang dapat mempengaruhi desain dan operasi scrubber di tingkat internasional.

3. Metode Simulasi CFD untuk Analisis Gas Production Scrubber

CFD digunakan untuk mensimulasikan aliran fluida di dalam gas production scrubber dan memprediksi kinerja penghilangan kontaminan. Berikut adalah langkah-langkah umum dalam menggunakan CFD untuk simulasi gas production scrubber:

• Modeling Geometri: Membuat model 3D dari scrubber dan komponen internalnya, termasuk inlet, outlet, baffle, dan media pemisahan.
• Pengaturan Simulasi: Menentukan kondisi batas seperti laju aliran gas, suhu, tekanan, jenis gas, dan komposisi kontaminan.
• Simulasi Aliran: Menjalankan simulasi untuk memperoleh pola aliran fluida, distribusi kecepatan, tekanan, dan distribusi kontaminan di dalam scrubber.
• Simulasi Pemisahan: Memodelkan proses pemisahan kontaminan dari aliran gas, seperti penangkapan partikel, absorpsi gas, atau adsorpsi berdasarkan media dan desain scrubber.

Software yang umum digunakan di industri pada simulasi scrubber ini adalah Cradle CFD karena kemampuanya membentuk mesh yang detail dan rumit, serta kemudahanya dalam solving kasus multiphase bahkan perubahan fasa.

4. Parameter Kinerja yang Dievaluasi

Dalam analisis CFD pada gas production scrubber, beberapa parameter kinerja kunci yang dievaluasi meliputi:

• Efisiensi Pemisahan: Kemampuan scrubber untuk menghilangkan kontaminan dari aliran gas dengan efisien, diekspresikan sebagai persentase pemisahan yang dihasilkan.
• Pressure Drop: Penurunan tekanan dari inlet hingga outlet scrubber yang mempengaruhi konsumsi energi dan efisiensi operasional.
• Distribusi Kontaminan: Distribusi konsentrasi kontaminan di dalam scrubber untuk memastikan bahwa semua bagian dari aliran gas terpapar dengan cara yang memaksimalkan efisiensi pemisahan.

5. Keuntungan Penggunaan CFD dalam Analisis Gas Production Scrubber

Penggunaan CFD dalam analisis gas production scrubber memberikan beberapa keuntungan penting:

• Visualisasi yang Jelas: Memungkinkan visualisasi aliran fluida dan distribusi kontaminan di dalam scrubber yang sulit didapatkan secara eksperimental.
• Optimasi Desain: Memungkinkan untuk mengoptimalkan desain scrubber untuk meningkatkan efisiensi pemisahan dan mengurangi emisi kontaminan.
• Evaluasi Kondisi Operasional: Menentukan kondisi operasional yang optimal untuk mencapai tujuan pemisahan yang diinginkan dengan menggunakan konfigurasi dan media yang sesuai.

6. Implementasi dan Studi Kasus

Studi kasus yang menerapkan CFD dalam analisis gas production scrubber dapat memberikan contoh nyata tentang bagaimana teknologi ini digunakan untuk meningkatkan efisiensi proses penghilangan kontaminan dalam industri gas. Implementasi hasil analisis CFD dapat membantu industri untuk mematuhi regulasi lingkungan yang ketat, meningkatkan efisiensi operasional, dan mengurangi dampak lingkungan dari emisi gas buang.

Kesimpulan

Dengan menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD), analisis gas production scrubber dapat dilakukan dengan detail yang tinggi sesuai dengan standar industri yang berlaku. Dengan memahami aliran fluida, distribusi kecepatan, dan mekanisme pemisahan kontaminan di dalam scrubber, kita dapat mengembangkan dan memperbaiki desain scrubber untuk memastikan perlindungan lingkungan yang maksimal dan operasi yang efisien dalam industri gas modern. Implementasi teknologi ini tidak hanya meningkatkan kepatuhan terhadap regulasi, tetapi juga mendukung pengoperasian yang lebih efisien dan berkelanjutan dari gas production scrubber.

Intake atau saluran masuk adalah salah satu komponen kunci dalam desain pompa yang memengaruhi kinerja dan efisiensi operasionalnya. Salah satu tantangan utama dalam desain intake adalah mencegah terbentuknya fenomena vortex yang dapat mengganggu aliran fluida dan mengurangi efisiensi pompa. Dalam upaya untuk mengatasi tantangan ini, insinyur dan perancang menggunakan software Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk mengoptimalkan desain intake pompa.

Fenomena Vortex dalam Intake Pompa

Vortex merupakan pola aliran yang berputar di sekitar intake pompa. Fenomena ini sering terjadi ketika aliran fluida mengalir ke intake dengan sudut yang tidak tepat atau dengan kecepatan yang tinggi. Vortex dapat menyebabkan turbulensi, penurunan tekanan, dan bahkan kerusakan pada pompa. Oleh karena itu, penting untuk merancang intake yang dapat mencegah terbentuknya vortex atau mengurangi efek negatifnya.

Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi munculnya vortex ini, misalkan dengan membuat vortex splitter pada bangunan bagian bawah, mengatur kecepatan aliran lokal fluida, dan lain-lain, yang melibatkan interaksi aliran fluida yang sangat kompleks dan sulit untuk diprediksi desain nya, sehingga dibutuhkan software seperti Computational Fluid Dynamics (CFD) dalam proses analisis desain nya.

sumber: usbr.gov

Peran Software CFD dalam Desain Intake Pompa

Software CFD memainkan peran kunci dalam desain intake pompa dengan tujuan mencegah terbentuknya vortex. Berikut adalah beberapa cara di mana software CFD digunakan dalam proses desain:

1. Pemodelan Aliran Fluida: Software CFD memungkinkan insinyur untuk memodelkan aliran fluida di sekitar intake dengan detail yang tinggi. Simulasi CFD dapat memprediksi pola aliran, penurunan muka air, kecepatan, tekanan, dan distribusi energi dalam sistem. Dengan memahami perilaku aliran fluida, insinyur dapat mengidentifikasi daerah-daerah di mana vortex cenderung terbentuk.
2. Simulasi Skenario Berbeda: Software CFD memungkinkan insinyur untuk melakukan simulasi dengan berbagai skenario operasional, seperti berbagai kecepatan aliran dan sudut masukan. Dengan mencoba berbagai kombinasi parameter, mereka dapat menentukan kondisi operasional yang paling rentan terhadap pembentukan vortex.
3. Optimasi Geometri: Dengan bantuan software CFD, insinyur dapat mengoptimalkan geometri intake untuk mengurangi kemungkinan terbentuknya vortex. Mereka dapat menyesuaikan bentuk, ukuran, dan sudut intake untuk meminimalkan turbulensi dan mengarahkan aliran fluida dengan lebih efisien ke dalam pompa.
4. Validasi dan Iterasi Desain: Setelah desain awal dibuat, insinyur dapat menggunakan software CFD untuk memvalidasi kinerja intake dan mengidentifikasi area-area perbaikan potensial. Mereka dapat melakukan iterasi desain dengan cepat dan efisien, memperbaiki masalah yang terdeteksi dalam simulasi sebelum melakukan pengujian fisik.

Studi Kasus: Penggunaan Software CFD dalam Desain Intake Pompa

Sebagai contoh, sebuah perusahaan manufaktur atau kontraktor pompa menghadapi tantangan dalam meningkatkan efisiensi pompa mereka dengan mengurangi pembentukan vortex pada intake pada sebuah bangunan existing yang unik. Mereka menggunakan software CFD untuk memodelkan aliran fluida di sekitar intake dan mengidentifikasi desain intake yang optimal. Setelah beberapa iterasi desain dan simulasi, mereka berhasil mengembangkan intake baru yang mengurangi pembentukan vortex, meningkatkan efisiensi pompa, dan mengurangi keausan komponen. Perlu diingat, setiap kondisi bangunan yang unik dengan debit air yang berbeda, dapat menghasilkan kesimpulan desain yang berbeda pula.

Kesimpulan

Penggunaan software CFD dalam desain intake pompa merupakan alat yang sangat berguna dalam upaya mencegah terbentuknya vortex dan meningkatkan kinerja pompa secara keseluruhan. Dengan kemampuannya untuk memodelkan aliran fluida dengan detail yang tinggi, software CFD memungkinkan insinyur untuk merancang intake yang lebih efisien dan mengoptimalkan kinerja pompa. Dengan demikian, investasi dalam teknologi CFD tidak hanya menghasilkan desain yang lebih baik, tetapi juga mengurangi biaya dan waktu pengembangan produk.

Cyclone separator adalah perangkat penting dalam industri untuk pemisahan partikel dari aliran gas atau udara. Teknologi ini memiliki peran vital dalam berbagai aplikasi seperti pengolahan limbah, industri semen, pemurnian gas, dan banyak lagi. Dalam artikel ini, kita akan melakukan analisis menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk memahami kinerja cyclone separator berdasarkan standar industri yang ada.

1. Pengantar tentang Cyclone Separator

Cyclone separator bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal yang memisahkan partikel dari aliran gas berdasarkan perbedaan massa jenis dan gaya sentrifugal. Aliran masuk diputar secara spiral di dalam separator, memaksa partikel-partikel yang lebih berat bergerak ke arah luar, sementara gas yang lebih bersih keluar dari bagian atas.

2. Standar Industri yang Relevan

Standar industri seperti American Society of Mechanical Engineers (ASME) dan European Standard (EN) sering digunakan sebagai panduan untuk desain dan analisis cyclone separator. Parameter-parameter seperti efisiensi pemisahan, tekanan drop, dan distribusi kecepatan dianggap kritis dalam mengevaluasi kinerja separator.

3. Metode Analisis Menggunakan CFD

CFD memungkinkan simulasi numerik dari aliran fluida di dalam cyclone separator dengan memecah domain menjadi elemen-elemen kecil untuk menghitung variabel-variabel seperti kecepatan, tekanan, dan distribusi partikel dalam aliran. Dalam analisis ini, langkah-langkah umum meliputi:

• Modeling Geometri: Memodelkan geometri fisik dari cyclone separator, termasuk inlet, outlet, dan chamber internal.
• Pengaturan Simulasi: Menentukan kondisi batas (boundary conditions) seperti laju aliran inlet, jenis fluida (gas atau campuran), dan sifat-sifat fluida (viskositas, densitas).
• Simulasi dan Analisis: Menjalankan simulasi CFD untuk memvisualisasikan pola aliran, distribusi kecepatan, dan akumulasi partikel di dalam cyclone separator.

Salah satu software standar industri yang umum digunakan untuk analisis cyclone separator ini adalah Cradle CFD, karena kemampuan meshing nya dalam membentuk geometri yang kompleks secara efisien, serta penggunaan solver Lagrangian ataupun Eulerian untuk permodelan per partikel ataupun debu secara kolektif sebagai “aliran fluida”.

Atau OpenFOAM yang merupakan software free opensource yang banyak juga digunakan di industri.

4. Parameter Kinerja yang Dievaluasi

Dalam analisis ini, parameter-parameter berikut ini dievaluasi berdasarkan hasil simulasi CFD:

• Efisiensi Pemisahan: Persentase partikel yang berhasil dipisahkan dari aliran gas.
• Tekanan Drop: Penurunan tekanan dari inlet hingga outlet yang mempengaruhi konsumsi energi dan efisiensi operasional.
• Distribusi Partikel: Pola distribusi partikel di dalam separator untuk memastikan tidak ada partikel yang terlewat.

5. Keuntungan Penggunaan CFD dalam Analisis Cyclone Separator

Penggunaan CFD memberikan beberapa keuntungan signifikan dalam analisis cyclone separator:

• Visualisasi yang Jelas: Memungkinkan visualisasi aliran fluida dan distribusi partikel yang sulit didapatkan secara eksperimental.
• Optimasi Desain: Memungkinkan untuk mengoptimalkan desain separator untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi konsumsi energi.
• Evaluasi Kondisi Operasional: Menentukan kondisi operasional yang optimal dan menanggulangi masalah potensial seperti malfungsi partikel.

6. Studi Kasus dan Implementasi Industri

Studi kasus dari aplikasi industri yang berbeda, seperti pengolahan limbah atau pemurnian gas, dapat memperkuat hasil analisis ini. Implementasi praktis dari temuan CFD dapat membantu industri dalam meningkatkan efisiensi operasional dan keandalan separator dalam berbagai lingkungan operasional.

Kesimpulan

Dengan menggunakan teknologi Computational Fluid Dynamics (CFD), analisis cyclone separator dapat dilakukan dengan detail yang tinggi sesuai dengan standar industri yang berlaku. Dengan memahami aliran fluida di dalam separator, kita dapat meningkatkan efisiensi, mengoptimalkan desain, dan meningkatkan performa keseluruhan dari perangkat ini dalam berbagai aplikasi industri yang kritis.

Ruang bakar atau sering disebut combustor sering kali dijumpai pada berbagai aplikasi; yang paling umum adalah pada turbin gas baik untuk pembangkit listrik maupun propulsi jet pesawat terbang. Terkadang combustor juga digunakan untuk proses kimia yang membutuhkan bantuan pembakaran atau suhu yang sangat tinggi.

rinsip pembakaran secara sederhana adalah reaksi kimia antara karbon atau hidrogen, dan oksigen. Kalor muncul saat reaksi berlangsung. Hasil dari pembakaran secara ideal adalah karbon dioksida dan air (H2O). Secara rumus stoikiometri dapat ditulis menjadi:

CH4 (Metana) + 4O (Oksigen) -> 2H2O (air) + CO2 (Karbon dioksida) + Heat (kalor)

4 mol oksigen diperlukan untuk membakar 1 mol metana. Hasil pembakaran adalah 1 mol karbon dioksida dan 2 mol air.

Prinsip kerja ruang bakar pada turbin gas hampir mirip seperti ruang bakar pada engine kendaraan bermotor. Saluran bahan bakar akan disemprotkan menuju ruang bakar bersamaan dengan udara bertekanan dari kompressor. Kemudian percikan api dari spark plug dinyalakan sehingga campuran bahan bakar, udara, dan percikan api spark plug terbakar dan menghasilkan udara panas bertekanan sangat tinggi. Lalu udara panas bertekanan ini akan diteruskan ke turbin untuk menghasilkan buangan udara jet dan memutar kompressor.

Karena kompleksitas fenomena yang terjadi di dalam ruang bakar, baik untuk interaksi fluida, kalor, bahkan kimia yang terjadi di dalamnya, membuat desain ruang bakar menjadi sangat sulit dilakukan secara presisi bahkan tidak mungkin dengan analitis matematika murni.

Salah satu metode yang sudah cukup well-established adalah menggunakan metode komputasi untuk memodelkan aliran fluida dan reaksi kimia yang dikenal juga dengan istilah Computational Fluid Dynamics (CFD).

Tidak hanya memperhitungkan aliran karena tekanan yang terjadi dalam ruang bakar, menggunakan CFD kita memungkinkan untuk memodelkan semua proses kimia yang terjadi dan juga kalor yang dihasilkan oleh reaksi tersebut.

Selain parameter-parameter seperti kecepatan, tekanan, dan temperature, menggunakan CFD kita dapat membuat plot masing-masing spesies misalkan O2, CO2, H20, dan juga berbagai macam emisinya.

Meskipun memiliki kapabilitas dan hasil yang cukup detail dan komprehensif, namun bagi operator yang belum terbiasa menggunakan CFD dapat menjadi kesulitan tersendiri dalam mempelajari nya. Kami memberikan solusi berupa project support serta konsultasi simulasi pada ruang bakar.

(PT. Mitsubishi Chemical Indonesia)

PT. Mitsubishi Chemical Indonesia (MCCI) memproduksi berbagai macam produk kimia, tentu saja dalam proses produksinya terdapat berbagai macam unit peralatan fluida dan proses. Salah satu komponen untuk mengontrol proses produksi tersebut adalah menggunakan valve dengan plug yang dapat diatur pergerakanya maju dan mundur, sehingga kontrol mass flow rate dari proses dapat dilakukan dengan mudah.

Untuk menghalangi terjadinya kebocoran pada sistem pergerakan maju-mundur dari plug, maka dialirkan fluida dengan tekanan yang tinggi sehingga menghindari terjadinya aliran balik (seperti diilustrasikan pada gambar di bawah). Namun, seiring dengan waktu operasional, terjadilah proses erosi pada daerah transisi antara plug dan fluida seal tersebut, yang hingga membuat stuck pergerakan dari plug.ilustrasi lokasi erosi pada sistem valve

Karena banyaknya interaksi-interaksi yang terjadi pada sistem ini, membuat penyebab dari erosi ini sulit untuk diketahui, sehingga solusi dari permasalahan ini juga menjadi sulit untuk dianalisis.

Kemudian, PT. MCCI bekerja sama dengan tim AE Services menganalisis root cause dari erosi tersebut dengan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD), dalam hal ini software openFOAM digunakan karena kapabilitasnya yang sudah terbukti untuk berbagai aplikasi industri.

Hasil dari simulasi menunjukkan detail dari pola aliran yang terjadi, sehingga dapat dengan mudah divisualisasikan penyebab dari erosi tersebut. Bahkan, dengan bantuan software CFD tersebut dapat divariasikan berbagai macam kondisi operasional; misal mass flow rate dari inlet, tekanan fluida seal, pergerakan plug dan lain-lain sehingga dapat diprediksi kondisi dengan akibat abrasi terendah dengan mempertimbangkan produktivitas dari sistem.ilustrasi aliran pada valve

(PT. Pertamina)

Studi yang dilakukan bertujuan untuk menganalisis adanya erosi pada aliran masuk dari inlet shell and tube heat exchanger, yang memiliki kecepatan yang relatif tinggi dan langsung “menghantam” tube yang paling dekat dengan lokasi inlet.

Dalam kasus ini, para engineer dari PT. Pertamina mengamati terjadinya erosi yang terjadi pada unit heat exchanger shell and tube pada titik yang hampir serupa. Salah satu solusi yang ingin dicoba adalah menggunakan impengement plate, yaitu sebuah plat yang ditempelkan (dilas) pada tube serta baffle heat exchanger seperti terlihat pada gambar berikut.

Solusi penggunaan impingement plat dipiliha karena sangat sederhana pada proses instalasinya. Namun, kendala yang ditemui setelah impingement plate ini dipasang adalah tetap terjadinya erosi yang awalnya terjadi pada titik kecepatan tertinggi tube, berpindah pada daerah transisi antara impingement plate dengan tube. Hal ini terjadi karena berpindahnya lokasi kecepatan tertinggi akibat kehadiran impingement plate.

Maka dari itu timbul lah sebuah permasalahan yang cukup detail dan melibatkan pola aliran 3D yang cukup rumit, yang mana sangat sulit untuk diperhitungkan menggunakan kalkulasi manual atau hanya dengan intuisi. Sehingga, solusi yang paling ideal dari permasalahan ini adalah permodelan menggunakan simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD). Dalam kasus ini, software CFD yang digunakan adalah openFOAM.

Dengan metode Computational Fluid Dynamics (CFD), kita dapat memodelkan pola aliran dengan detail dan melakukan trial and error berbagai bentuk, ukuran, dan lokasi penempatan impingement plate yang menghasilkan efek abrasi paling rendah, di sisi lain juga tetap mempertahankan performa perpindahan kalor dari sistem: karena jika semua aliran tertutup impingement plate, maka efisiensi termal juga akan menjadi rendah.

Dapat kita bayangkan bagaimana proses trial and error ini jika dilakukan secara langsung pada unit. Selain mengkonsumsi cukup banyak biaya material dan tenaga, waktu yang dibutuhkan juga akan lama. Terlebih lagi waktu maintenance untuk penghentian unit ini akan berdampak pada keseluruhan sistem yang ada.

Penggunaan cold storage atau shipping container sudah cukup intensif pada berbagai industri, salah satunya yang paling mendominasi adalah pada industri makanan, yaitu untuk mengirimkan bahan-bahan makanan yang cepat membusuk pada suhu ruangan seperti ikan atau buah-buahan.

Pendinginan/pemanasan menggunakan refrigerated/heated container akan memiliki efektivitas dan efisiensi yang berbeda-beda tergantung muatan yang ada di dalam kontainer tersebut, mulai dari karakteristik kalor serta bentuk dan penataan muatan tersebut. Standar/kode dari shipping container tersebut tidak mungkin mencakup semuanya satu persatu, melainkan user sendiri yang harus menentukan konfigurasi dari kontainer berdasarkan kebutuhanya.

Dari penjelasan di atas, diperlukan suatu metode yang lebih komprehensif yang dapat mengakomodasi berbagai kemungkinan kondisi operasional dan desain dari shipping container. Metode yang umum digunakan adalah menggunakan computational fluid dynamics (CFD).

CFD adalah alat yang sangat powerfull untuk memodelkan berbagai kondisi penataan bahkan desain dari shipping container (misalkan menentukan ukuran penataan muatan, seting refrigerator, blower, insulasi, hingga ukuran T-grating dan lain-lain)

Simulasi di atas dibuat menggunakan software openFOAM. dapat dilihat dari hasil simulasi di atas, tidak hanya menentukan distribusi temperatur, kita juga dapat melihat pola aliran udara di dalamnya.

Meskipun memiliki kapabilitas dan hasil yang cukup detail dan komprehensif, namun bagi operator yang belum terbiasa menggunakan CFD dapat menjadi kesulitan tersendiri dalam mempelajari nya. Kami memberikan solusi berupa project support serta konsultasi simulasi pada cold storage.

Turbomachinery pada dasarnya adalah mesin yang mentransfer energi antara fluida dan rotor. Untuk fan, blower dan kompresor, energi mekanik dari putaran rotor (yang digerakkan oleh motor listrik atau bahan bakar) akan menggerakkan fluida yang ada di sekitarnya sehingga menghasilkan kecepatan aliran yang tinggi (untuk blower dan fan) atau meningkatkan energi fluida dalam bentuk tekanan yang tinggi yang disertai kenaikan temperatur (untuk kompresor). Sedangkan pompa biasanya mengacu pada sistem penambah tekanan fluida yang incompressible seperti air atau bahan kimia.

CFD memegang peranan yang sangat penting dalam desain turbomachinery, keunggulan utamanya adalah mengurangi siklus desain dalam meningkatkan performa, mengurangi berat dan biaya. sebagai contoh, gambar dibawah ini mengilustrasikan variasi sudut blade saat masuk kompresor dan jumlah blade pada kompresor sentrifugal. Menggunakan bantuan komputer, kita dapat dengan sangat cepat dan mudah mengedit model tersebut kemudian langsung disimulasikan menggunakan CFD dan dalam waktu singkat memperoleh prediksi performa yang kita inginkan. Bayangkan ketika kita harus “mengedit” model tersebut secara fisik, mungkin akan memakan cukup banyak waktu dan biaya untuk membuat satu model saja.

ilustrasi variasi sudu impeller

Salah satu fitur yang cukup penting yang dimiliki oleh CFD adalah kemampuanya untuk melihat secara detail parameter-parameter aliran (kecepatan, tekanan, temperatur dll) disetiap lokasi dan di setiap waktu untuk analisis transient. Kita dapat dengan sangat mudah “menunjuk” lokasi tersebut untuk dianalisis tanpa harus menginstal probe atau sejenisnya, dan kita dapat melakukan “zoom” dalam dimensi waktu dengan mengatur step waktu yang kita inginkan tanpa harus menggunakan kamera super cepat.

simulasi distribusi tekanan pada turbin sentrifugal denganopenFOAM

Pada era yang sudah serba canggih dan cepat ini, teknologi komputasi paralel memungkinkan perhitungan yang jauh lebih cepat dibantu dengan high performance computer yang menyokong kemampuan CFD ini.

simulasi detail pola aliran dan kecepatan pompa sentrifugal

(PT. Indonesia power)

Unit coal fired boiler merupakan salah satu jenis boiler dengan bahan bakar batu bara (coal) yang cukup umum digunakan pada pembangkit listrik batu-bara di Indonesia.

Pada kasus ini, salah satu unit coal fired boiler milik PT. Indonesia Power mengalami overheat pada bagian tubing di dalam boiler (water-wall), sehingga mengakibatkan tube gagal saat beroperasi.

Fenomena ini mungkin terjadi karena banyak faktor, mulai dari perubahan fasa steam di dalam tube yang terlalu dini, sehingga penyerapan kalor yang harusnya terjadi untuk perubahan fasa air menjadi steam justru digunakan untuk memanaskan dinding tube dan pada akhirnya membuat tube menjadi overheat dan gagal. Atau mungkin juga karena setingan orientasi arah masuknya coal ke dalam boiler yang tidak sesuai dengan kondisi operasional yang membuat pola aliran api berubah dan memanaskan tubes tidak sesuai dengan yang diharapkan.

Karena melibatkan fenomena aliran fluida dan perpindahan panas yang cukup kompleks, serta proses reaksi kimia: dalam hal ini pembakaran, maka analisis secara manual atau intuisi menjadi tidak cukup. Salah satu cara yang paling pas digunakan dalam situasi ini adalah menggunakan bantuan metode numerik, Computational Fluid Dyamics (CFD), yaitu permodelan dengan komputer sesuai dengan kondisi operasional dengan detail, sehingga parameter-parameter seperti temperature, tekanan, kecepatan aliran, atau bahkan perubahan fasa dan reaksi pembakaran dapat “dilihat” dan digunakan untuk menganalisa root cause dari permasalahan di atas.

Dalam kasus ini, PT. Indonesia Power bersama dengan tim kami melakukan studi CFD menggunakan software openFOAM, yaitu salah satu software CFD yang cukup powerfull untuk menghandle kasus seperti ini.

Dari simulasi yang dilakukan, diperoleh data-data dan pola aliran yang detail serta komprehensif, sehingga proses menemukan root cause menjadi lebih mudah. Di samping itu, dengan mengubah-ubah parameter seeperti sudut input coal, laju aliran coal atau udara, dan lain-lain kita dapat melihat perubahan dari performa yang dihasilkan, atau bahkan komposisi dari emisi gas buangnya.